Principes de fonctionnement des onduleurs connectés au réseau
I. Principes de fonctionnement des onduleurs connectés au réseau
Les onduleurs connectés au réseau sont des dispositifs qui convertissent le courant continu (CC) en courant alternatif (CA) et sont largement utilisés dans les systèmes de production d'énergie photovoltaïque (PV). Les principes de fonctionnement impliquent plusieurs aspects :
Processus de conversion d'énergie :Sous l'action de la lumière solaire, les panneaux PV produisent de l'électricité continue (CC). Pour les onduleurs connectés au réseau de petite et moyenne taille, une structure à deux étages est souvent utilisée, où la sortie CC des panneaux PV est d'abord convertie par un convertisseur DC/DC pour une conversion préliminaire, puis par un convertisseur DC/AC pour produire du CA. Les grands onduleurs utilisent généralement une structure à un seul étage pour une conversion directe. Pendant le fonctionnement, l'onduleur contrôle le module d'inversion triphasé en détectant la tension et le courant CC, ainsi que la tension et le courant CA du réseau. Le système de contrôle numérique génère des signaux de commande PWM (Modulation de largeur d'impulsion), permettant à l'onduleur de produire du CA synchronisé en fréquence et en phase avec le réseau. Par exemple, lorsque l'électricité CC provenant des panneaux PV entre dans l'onduleur connecté au réseau, elle passe d'abord par un redresseur (si la structure à deux étages inclut une fonction de redressement), convertissant tout courant AC existant en CC, puis par la section d'inversion pour convertir le CC en CA, qui est finalement fourni aux charges domestiques ou industrielles ou injecté dans le réseau.
Composants clés et leurs fonctions :
Redresseur : Dans certaines structures, il est responsable de la conversion du courant alternatif (CA) en courant continu (CC), garantissant que l'entrée dans la partie onduleur suivante est en CC.
Onduleur : C'est le composant central, utilisant des éléments électroniques (tels que des dispositifs semi-conducteurs de puissance) pour convertir le courant continu (CC) en courant alternatif (CA).
Contrôleur : Il contrôle l'ensemble du processus de conversion, y compris la surveillance des tensions et des courants d'entrée et de sortie, et ajuste les signaux de commande PWM en fonction de ces paramètres pour s'assurer que le courant alternatif de sortie répond aux normes requises.
Sortie : Elle fournit le courant alternatif converti au réseau ou à la charge.
II. Relation entre les onduleurs connectés au réseau et le réseau
Transmission de puissance et interaction :La principale fonction d'un onduleur connecté au réseau est de convertir le courant continu en courant alternatif et de se connecter au réseau, permettant ainsi la transmission de puissance. Il peut injecter l'électricité générée par le système photovoltaïque dans le réseau, répondant aux besoins en énergie d'autres utilisateurs. Dans ce processus, le réseau agit comme un grand centre de stockage et de distribution d'énergie, et l'onduleur connecté au réseau sert de pont reliant l'énergie photovoltaïque distribuée à ce centre. Par exemple, dans les projets photovoltaïques distribués, de nombreux ménages équipés de systèmes photovoltaïques vendent l'électricité excédentaire au réseau via des onduleurs connectés, réalisant ainsi un flux de puissance bidirectionnel - recevant et fournissant de l'électricité au réseau.
Du point de vue du réseau, à mesure que davantage d'onduleurs connectés au réseau sont intégrés, les sources d'énergie du réseau deviennent plus diverses. Cependant, cela place également de nouvelles exigences sur la stabilité du réseau et la qualité de l'énergie.
Contrôle et adaptation :Actuellement, les onduleurs connectés au réseau opèrent principalement en deux modes de contrôle de base : le contrôle de courant et le contrôle de tension. En mode de contrôle de courant, l'onduleur vise à contrôler le courant de sortie et doit s'adapter aux changements de tension du réseau et d'autres paramètres. Par exemple, dans des réseaux faibles (haute impédance, structure faible, faible résistance aux courants de surintensité), l'onduleur doit avoir une forte adaptabilité aux réseaux à haute impédance pour éviter des phénomènes de résonance qui pourraient conduire à l'escalade des pannes. Les onduleurs de différents fabricants utilisent divers algorithmes et mécanismes de contrôle pour s'adapter aux changements du réseau, tels que des algorithmes de suppression de l'amortissement actif intelligent pour résoudre les problèmes de résonance dans les réseaux faibles, et des stratégies comme le contrôle répétitif, les paramètres PI dynamiques, la suppression spécifique des harmoniques et la compensation du temps mort.
En mode de contrôle de tension, l'onduleur vise à contrôler la tension, faisant en sorte que les caractéristiques externes de l'onduleur connecté au réseau se comportent comme une source de tension contrôlée, capable de fournir un support pour la tension et la fréquence. Ceci est particulièrement adapté aux connexions de réseaux à forte pénétration d'énergies renouvelables, signifiant que l'onduleur peut, dans une certaine mesure, réguler la tension et la fréquence du réseau pour maintenir son fonctionnement stable.
III. Les onduleurs connectés au réseau peuvent-ils fonctionner sans le réseau ?
Dans des circonstances normales, l'opération n'est pas autorisée :Conformément aux normes et réglementations de sécurité pertinentes, les onduleurs connectés au réseau sont généralement équipés de dispositifs anti-îlotage. Lorsque la tension du réseau est nulle, l'onduleur s'arrête. Cela est dû au fait que si l'onduleur continue de fonctionner pendant une panne de courant, il peut représenter une menace pour le personnel de maintenance. Par exemple, si le système photovoltaïque continue d'alimenter le réseau par l'intermédiaire de l'onduleur pendant une panne, cela peut facilement causer des chocs électriques et d'autres incidents de sécurité. Ainsi, les normes nationales stipulent que les onduleurs photovoltaïques connectés au réseau doivent avoir des fonctions de détection et de contrôle de l'îlotage, et ils doivent cesser de fonctionner lorsque le réseau n'est pas disponible.
Fonctionnement sous modifications spéciales :Théoriquement, sans modifier le logiciel ou le matériel, un onduleur hors réseau pourrait être utilisé pour "simuler" un réseau, faisant croire à l'onduleur photovoltaïque que le réseau est normal, permettant ainsi de fournir de l'électricité à ce "réseau". Cependant, cette méthode comporte des risques et ne respecte pas les normes de sécurité et réglementaires habituelles. De plus, si l'onduleur raccordé au réseau est modifié pour permettre un fonctionnement hors réseau, comme dans certains onduleurs hybrides raccordés et hors réseau, il peut passer en mode hors réseau lorsque le réseau est coupé. Cela n'est cependant plus une fonction d'un onduleur raccordé pur, mais plutôt le résultat d'une conception et d'une modification spéciales.
IV. Conditions essentielles pour le fonctionnement de l'onduleur raccordé
Conditions techniques :
Synchronisation de la fréquence : La fréquence du réseau est généralement de 50 Hz ou 60 Hz dans la plupart des régions. La fréquence AC produite par l'onduleur doit être synchronisée avec celle-ci. Cela est généralement réalisé à l'aide de technologies comme les boucles à verrouillage de phase (PLL) pour s'assurer que la fréquence AC de l'onduleur correspond à la fréquence du réseau, sinon, il ne peut pas fonctionner normalement.
Synchronisation de la phase : En plus de la synchronisation de la fréquence, la sortie AC de l'onduleur doit également être synchronisée en phase avec la tension du réseau. La synchronisation de la phase est réalisée à travers des technologies de contrôle associées. Seulement avec la synchronisation de la phase, l'énergie produite par l'onduleur peut être intégrée de manière fluide au réseau sans causer d'effets négatifs tels que des fluctuations de puissance et une diminution de la qualité de la puissance.
Adaptation de la tension : La tension de sortie de l'onduleur doit correspondre à la tension du réseau au point de connexion. Bien que les onduleurs soient généralement conçus pour s'adapter à différents niveaux de tension, ils doivent assurer un fonctionnement dans des limites sûres. Si la tension ne correspond pas, cela peut empêcher la transmission normale de l'énergie et même endommager l'onduleur ou l'équipement du réseau.
Limites harmoniques : Lors de la conversion du courant continu en courant alternatif, l'onduleur peut générer des harmoniques, qui peuvent affecter le réseau, comme causer une distorsion de tension et perturber le fonctionnement normal d'autres équipements électriques. Par conséquent, les onduleurs doivent respecter certaines normes de limitation harmonique pour garantir la qualité de l'énergie. Par exemple, le courant de sortie de l'onduleur ne doit pas contenir de composante continue, et les harmoniques d'ordre élevé dans le courant de sortie de l'onduleur doivent être minimisés pour éviter de polluer le réseau.
Contrôle de la puissance réactive : L'onduleur doit pouvoir contrôler la puissance réactive de sortie pour soutenir la stabilité de la tension du réseau. Dans les réseaux avec une forte proportion d'énergies renouvelables, le contrôle de la puissance réactive est particulièrement important. En contrôlant la puissance réactive, le niveau de tension du réseau peut être régulé, améliorant ainsi la stabilité du réseau et la qualité de l'énergie.
Protection contre l'effet d'îlotage : Lorsque le réseau est hors service, l'onduleur doit se déconnecter rapidement du réseau pour éviter de fournir de l'énergie au réseau déconnecté, protégeant ainsi le personnel de maintenance. C'est l'une des fonctions de sécurité essentielles des onduleurs connectés au réseau.
Conditions de sécurité :
Sécurité électrique : L'onduleur et son installation doivent respecter les normes de sécurité électrique pertinentes, y compris l'isolation, la protection contre les surcharges et les courts-circuits. Par exemple, les performances d'isolation électrique de l'onduleur doivent être bonnes pour éviter les fuites ; en cas de surcharge ou de court-circuit, l'onduleur doit activer des mécanismes de protection pour prévenir les dommages aux équipements et les risques d'incendie.
Classement de protection : L'onduleur nécessite un certain classement de protection pour résister aux facteurs environnementaux tels que la poussière et l'humidité. Les onduleurs extérieurs nécessitent généralement un classement de protection plus élevé, tel que IP65. Le classement de protection garantit que l'onduleur peut fonctionner normalement dans différentes conditions environnementales et prolonge sa durée de vie.
Réglementations et normes :
Normes nationales et industrielles : Les onduleurs connectés au réseau doivent se conformer aux normes nationales et industrielles, telles que la norme chinoise GB/T 37408 - 2019, qui spécifie les exigences techniques pour les onduleurs photovoltaïques connectés au réseau. Ces normes couvrent de nombreux aspects, y compris les performances, la sécurité et la qualité de l'énergie, garantissant que les onduleurs respectent les réglementations lorsqu'ils fonctionnent sur le réseau.
Permis et approbations : L'installation et l'exploitation des onduleurs connectés au réseau peuvent nécessiter des permis et des approbations du service de l'électricité pour s'assurer qu'ils n'affectent pas négativement le réseau. Le service de l'électricité examinera l'emplacement, la capacité et les paramètres techniques de l'onduleur, et ce n'est qu'après l'approbation que l'onduleur peut être connecté au réseau.
Facteurs économiques :
Rendement sur l'investissement (ROI) : Les utilisateurs ou les entreprises envisageant des onduleurs connectés au réseau évalueront le ROI, y compris les coûts d'investissement initiaux, les frais d'exploitation et de maintenance, ainsi que les subventions potentielles ou les revenus provenant de la vente d'électricité. Si le ROI n'est pas favorable, cela peut affecter l'enthousiasme pour les onduleurs connectés au réseau. Par exemple, si le coût d'investissement initial est élevé et que le prix de vente de l'électricité est bas sans politiques de subvention suffisantes, les investisseurs peuvent être dissuadés.
Politiques de subvention : Différentes régions peuvent avoir des politiques de subvention différentes, qui peuvent affecter la faisabilité économique des projets d'onduleurs connectés au réseau. Certaines régions offrent des subventions pour encourager le développement de l'énergie renouvelable, y compris des subventions pour l'achat d'onduleurs et des tarifs d'achat, ce qui aide à améliorer les avantages économiques des projets d'onduleurs connectés au réseau.
Compatibilité du système :
Compatibilité du réseau : L'onduleur doit être compatible avec le système de réseau existant, y compris la structure, l'échelle et les caractéristiques opérationnelles du réseau. Les différentes structures de réseau (par exemple, systèmes électriques TT, IT et TN) et les différentes échelles (par exemple, réseaux basse tension et haute tension) ont des exigences différentes pour les onduleurs, et l'onduleur doit être capable de s'adapter à ces différences pour assurer une connexion stable au réseau.
Compatibilité des équipements : L'onduleur doit être bien adapté aux équipements de production d'énergie connectés (par exemple, panneaux solaires, éoliennes) pour assurer une conversion efficace de l'énergie. Par exemple, la puissance et la tension de sortie des panneaux solaires doivent correspondre aux exigences d'entrée de l'onduleur pour garantir l'efficacité et les performances de l'ensemble du système de production.
Facteurs environnementaux :
Adaptabilité à l'environnement : L'onduleur doit être capable de s'adapter aux conditions environnementales du site d'installation, telles que la température et l'humidité, afin d'assurer un fonctionnement stable à long terme. Par exemple, dans des environnements à haute température, les performances de dissipation thermique de l'onduleur doivent être bonnes pour éviter les dommages dus à la surchauffe ; dans des environnements à forte humidité, l'onduleur doit avoir des propriétés résistantes à l'humidité pour éviter les courts-circuits internes.
Impact environnemental : La conception et le fonctionnement de l'onduleur doivent prendre en compte son impact sur l'environnement, tels que le bruit et les interférences électromagnétiques. Des efforts doivent être faits pour minimiser le bruit généré lors du fonctionnement de l'onduleur afin d'éviter la pollution sonore, et les interférences électromagnétiques doivent être contrôlées pour éviter les interférences avec d'autres appareils électroniques.
Exploitation et maintenance :
Interface utilisateur : L'onduleur doit fournir une interface utilisateur intuitive pour surveiller l'état du système et effectuer les paramétrages nécessaires. Par exemple, les utilisateurs peuvent visualiser les paramètres opérationnels de l'onduleur (par exemple, tension d'entrée/sortie, courant, puissance) et les informations d'alarme de défaillance via l'interface, et effectuer des réglages de base (par exemple, limites de puissance, sélection du mode de fonctionnement).
Exigences de maintenance : La maintenance de l'onduleur doit prendre en compte la facilité de maintenance, les coûts de maintenance et les cycles de maintenance. Un onduleur facile à maintenir peut réduire les coûts et la difficulté de maintenance, tandis qu'un cycle de maintenance raisonnable peut assurer un fonctionnement stable à long terme. Par exemple, la structure interne de l'onduleur doit être conçue pour faciliter l'inspection par le personnel de maintenance, et la durée de vie et les coûts de remplacement de ses composants doivent être raisonnables.
V. Le rôle du réseau dans le fonctionnement de l'onduleur connecté au réseau
Fournir une référence pour l'exploitation:La tension, la fréquence et d'autres paramètres du réseau fournissent un standard de référence pour le fonctionnement des onduleurs connectés au réseau. L'onduleur doit ajuster sa sortie en fonction de la tension et de la fréquence du réseau pour correspondre à ces paramètres. Par exemple, l'onduleur utilise des technologies comme la PLL pour synchroniser la fréquence et la phase de son courant alternatif avec le réseau et pour faire correspondre la tension, assurant ainsi une intégration fluide de l'énergie dans le réseau. Sans que le réseau ne fournisse ces références, l'onduleur ne serait pas capable d'ajuster précisément sa sortie, et une connexion normale au réseau ne serait pas possible.
Permettre la transmission et la distribution de l'énergie:Le réseau fournit une plateforme pour la transmission et la distribution de l'énergie provenant des onduleurs connectés au réseau. Après que l'onduleur a injecté le courant alternatif généré par le système PV dans le réseau, ce dernier peut transmettre cette énergie là où elle est nécessaire, permettant une distribution étendue. Cela permet à l'énergie photovoltaïque de s'intégrer au système électrique plus large, fournissant de l'électricité à un plus grand nombre d'utilisateurs. L'échelle et la structure du réseau influencent également les méthodes de connexion et les exigences opérationnelles de l'onduleur. Par exemple, dans différents réseaux de niveaux de tension (par exemple, les réseaux basse et haute tension), l'onduleur doit répondre aux normes d'accès et aux exigences techniques correspondantes pour assurer une transmission d'énergie sûre et efficace.
Garantir un fonctionnement stable :Dans le réseau, de nombreux dispositifs de production et de consommation d'électricité sont interconnectés, formant un grand système électrique. Ce système possède une certaine stabilité和惯性，这有助于稳定并网逆变器的运行。例如，当光伏系统的输出功率波动时，电网可以通过自身的调节机制（例如，调整其他发电设备的功率输出）来平衡这些波动，从而减少对逆变器的影响。此外，电网还提供了短路保护等安全功能。如果逆变器输出端发生短路故障，电网的保护装置将采取行动，防止故障扩大，保护逆变器和其他设备。
看起来在翻译过程中出现了一些错误，我将重新翻译以确保完全符合要求。Garantir un fonctionnement stable :Dans le réseau, de nombreux dispositifs de production et de consommation d'électricité sont interconnectés, formant un grand système électrique. Ce système possède une certaine stabilité et inertie, ce qui aide à stabiliser le fonctionnement des onduleurs connectés au réseau. Par exemple, lorsque la puissance de sortie d'un système photovoltaïque fluctue, le réseau peut équilibrer ces fluctuations par ses propres mécanismes de régulation (par exemple, en ajustant la puissance de sortie d'autres dispositifs de production), réduisant ainsi l'impact sur l'onduleur. De plus, le réseau fournit une protection contre les courts-circuits et d'autres fonctionnalités de sécurité. Si un défaut de court-circuit se produit à la sortie de l'onduleur, les dispositifs de protection du réseau agissent pour empêcher l'aggravation du défaut, protégeant ainsi l'onduleur et d'autres équipements.
